钙对贮藏期马铃薯块茎渗透调节物质及SOD的影响

李婷婷，陈彦云,2*，沈文娟，陈陆祺，陈银花，曹君迈

(1. 宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地/宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏 银川 750021；2.宁夏大学生命科学学院，宁夏 银川 750021;3.宁夏回族自治区原种场，宁夏 银川 750021；4.北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏 银川 750021)

【研究意义】钙作为植物生长发育必须的营养元素，也被称为细胞内第二信使，感应外界环境条件变化，从而提高植物抵抗逆境的能力，对植物细胞的结构和生理功能有重要作用。马铃薯块茎内部生理紊乱现象与钙含量密切相关，钙的合理应用能有效降低马铃薯病害的发生率[1]。增加马铃薯块茎钙含量，可稳定其细胞壁及细胞膜系统，减缓其酶促反应，延迟块茎细胞的衰老。降低其生理病害率，从而有效提高马铃薯的食用品质和耐贮藏性[2-3]。【前人研究进展】钙在马铃薯上的应用研究报道主要集中在影响机制方面，邢金铭等研究证实钙可以维持细胞膜的完整性和活性，以及细胞壁结构的整体性[4]。钙亦可抑制植物衰老的进程[5]。刘喜平等[6]研究发现不同浓度的钙处理对贮藏期马铃薯块茎淀粉酶，过氧化物酶，多酚氧化酶等酶活性及可溶性蛋白质含量密切相关；丁红瑾[7]研究发现钙处理对贮藏期马铃薯块茎营养物质、细胞膜、细胞壁等相关生理生化指标密切相关。吴玉鹏等[8]研究发现钙和1-MCP复合作用下可有效降低香梨贮藏期间果实萼端黑斑发生率。说明钙能有效减少植物贮藏期病害的发生率。和银霞等[9]，周慧娟等[10]研究发现喷钙可有效降低贮藏期果实的腐烂率。目前，关于钙对贮藏期马铃薯块茎渗透调节物质及SOD保护酶的研究报道相对较少。具体的钙处理浓度要依地力和品种而异。针对吴友根对钙与果品贮藏关系的研究展望中提出钙处理的最适浓度范围及钙处理果最佳的贮放时间阈值[11]问题进行探讨。【本研究切入点】本实验以不同浓度钙处理的马铃薯块茎为研究对象，研究其贮藏过程中可溶性总糖，脯氨酸，丙二醛含量及超氧化物岐化酶活性的动态变化，探讨钙在马铃薯块茎耐贮性能方面发挥的作用。【拟解决的关键问题】为马铃薯合理施用钙肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种为青薯9号，由宁夏马铃薯工程技术研究中心提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 设置6个Ca(NO3)2施用水平，分别为CK(0 kg/hm2)、A1 (0.15 kg/hm2)、A2(0.3 kg/hm2)、A3(0.45 kg/hm2)、A4(0.6 kg/hm2)、A5(0.75 kg/hm2)、每个处理重复3次。试验地点设在宁夏马铃薯工程技术研究中心试验基地，田间试验采用随机区组设计，小区面积为17.5 m2，每小区5行，每行长7 m，株距0.35 m、行距0.50 m，等行距种植，5行边行作为保护行。2017年4月15日播种，田间管理按常规方式进行，于现蕾期(8月3日)至盛花期进行叶面喷施Ca(NO3)2，间隔7 d喷施1次，每期2次、共4次。在10月20日收获后，将马铃薯块茎贮藏在0～8 ℃、黑暗的半地下式自然窖中。于2017年11月20日移至实验室冷藏柜内储藏(温度：4 ℃，65 %～70 % RH)。在2018年1-4月分4次取样，测定马铃薯块茎中几种透调节物质含量及超氧化物歧化酶活性。

1.2.2 测定方法 可溶性总糖含量的测定采用蒽酮比色法、参照高俊凤等[12]的方法；脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法；丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用核黄素-NBT光还原法[13]。

1.3 数据处理

采用Excel 2016软件对数据进行处理，用SPSS22.0统计分析软件对实验数据进行分析，所有数据均采用最小显著差异(LSD)法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 钙肥与马铃薯块茎贮藏期间可溶性总糖含量的关系

可溶性总糖可调节渗透胁迫，逆境胁迫下其含量的变化对细胞渗透势的调节具有重要的作用。从图1可以看出，不同浓度Ca(NO3)2处理的马铃薯块茎在整个贮藏期内可溶性总糖含量差异达显著水平。基本表现为先降低后升高的趋势。在贮藏期1月，A4显著高于A3、A5又显著高于CK、A1、A2，其中A3、A4、A5 3个处理组的可溶性总糖含量分别高出对照组CK，0.438、1.007、0.385个百分点，且A4处理的马铃薯块茎可溶性总糖含量最高；2月A3显著高于CK及其他处理组；3月A1显著高于A4、A5显著高于CK又显著高于A2和A3；4月A4和A3显著高于A2，A5又显著高于A1和CK，可溶性总糖含量从高到低依次表现为A4>A3>A2>A5>CK>A1。在整个贮藏期A4处理下的可溶性总糖含量均较高。可见，对于马铃薯可溶性总糖含量来说，Ca(NO3)2喷施剂量在0.6～0.75 kg/hm2浓度范围下最适宜。

2.2 钙肥与马铃薯块茎贮藏期间脯氨酸含量的关系

脯氨酸作为植物细胞质内渗透调节物质，可以提高植物的抗渗透胁迫能力，其含量在一定程度上反映了植物的抗逆性。从图2可以看出，不同浓度Ca(NO3)2处理的马铃薯块茎在贮藏中后期(3-4月)脯氨酸含量差异达显著水平。在贮藏期1月，各处理组脯氨酸含量均高于CK。在贮藏期3月A4显著高于CK、A1、A2、A3、A5；贮藏期4月CK、A1、A4、A5显著高于A2和A3。其中A1、A2、A3处理组脯氨酸含量均低于CK。随着贮藏期的延长，脯氨酸含量整体上呈递增趋势。在整个贮藏期中，A4与A5处理组总体上均高于CK对照组。由此可知，不同Ca(NO3)2处理对贮藏期马铃薯块茎脯氨酸含量具有不同的影响，A3及以下浓度的Ca(NO3)2可增加马铃薯块茎的抗渗透胁迫能力，利于短期贮藏，A4或A5浓度的Ca(NO3)2处理的马铃薯有利于长期贮藏。可见，对于马铃薯脯氨酸含量来说，Ca(NO3)2喷施剂量在0.6 kg/hm2下适合。贮藏期2月各处理组无显著差异，故在此不做赘述。

小写字母表示同一列数值在0.05水平上存在显著性差异，n=3图1 不同钙肥处理下马铃薯块茎贮藏期间可溶性总糖含量的变化Fig.1 Changes of total soluble sugar content in potato tubers during storage under different calcium fertilizers

小写字母表示同一列数值在0.05水平上存在显著性差异，n=3图2 不同钙肥处理下马铃薯块茎贮藏期间脯氨酸含量的变化Fig.2 Changes of proline content in potato tuber during storage under different calcium fertilizers

2.3 钙肥与马铃薯块茎贮藏期间丙二醛含量的关系

MDA为膜脂过氧化产物可指示膜脂过氧化程度，含量越高植物体受伤害程度越大，可以间接指示植物体的抗逆性。从图3可以看出，不同浓度Ca(NO3)2处理的马铃薯块茎在整个贮藏期内丙二醛含量差异达显著水平。马铃薯块茎MDA含量总体上呈下降趋势。在贮藏期1月，CK和A4显著高于A1、A3、A5又显著高于A2，其中对照组CK中的丙二醛含量达到最高值(1.064 μmol/g)；2月CK，A4显著高于A1、A2、A3又显著高于A5；3月A4，A2显著高于A5、CK、A1、A3；4月CK、A1、A4显著高于A2，A3又显著高于A5，马铃薯块茎丙二醛的含量从高到低依次为A1>CK>A4>A2>A3>A5。对照组丙二醛含量在各检测时期总体上均高于其他处理组。表明Ca(NO3)2施用处理有利于减缓自由基对细胞膜系统的伤害，增加马铃薯耐贮藏性。并且Ca(NO3)2浓度越高，细胞膜受损伤的程度越低。整个贮藏期，A2，A3处理下的马铃薯块茎内丙二醛含量相对低于其他处理组，可见，对于马铃薯丙二醛含量来说，Ca(NO3)2喷施剂量在0.3～0.45 kg/hm2，0.75 kg/hm2下适合。

2.4 钙肥与马铃薯块茎贮藏期间SOD活性的关系

SOD是生物体内重要的保护酶，可以维持植物体内活性氧自由基在较低水平，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质。从图4可以看出，不同浓度Ca(NO3)2处理的马铃薯块茎在整个贮藏期内SOD活性差异达显著水平，在贮藏时期1-3月，马铃薯块茎内SOD活性呈先升高后降低的趋势。在贮藏后期(4月)，A4与A5差异不显著，但显著高于A1，A2，A3。其中A1，A2差异不显著。其中高浓度Ca(NO3)2处理组(A4、A5)SOD活性高于低浓度Ca(NO3)2处理组(A1、A2、A3)。在整个贮藏期，不同浓度Ca(NO3)2处理的马铃薯块茎SOD活性始终均高于CK，表明喷施Ca(NO3)2，可以增强马铃薯块茎内的SOD活性。且随着贮藏时间的增加，高浓度的Ca(NO3)2处理可有效延长马铃薯贮藏时的SOD活性。可见，对于马铃薯SOD活性来说，Ca(NO3)2喷施剂量在0.6～0.75 kg/hm2下适合。

小写字母表示同一列数值在0.05水平上存在显著性差异，n=3图3 不同钙肥处理下马铃薯块茎贮藏期间丙二醛含量的变化Fig.3 Changes of malondialdehyde content in potato tuber during storage with different calcium fertilizers

3 讨 论

3.1 钙对马铃薯块茎储藏期间渗透调节物质含量的影响

贮藏期间可溶性总糖含量的变化与薯块本身的呼吸强度、淀粉转化、组织失水、基因型、块茎成熟度、生长时的环境条件、贮藏时块茎生理年龄、冷藏前块茎的代谢状态以及预处理条件等因素密切相关[14-16]。王秋明等研究发现CaCl2处理延缓了芒果果实的可溶性糖含量的上升，起到了延缓芒果果实后熟衰老的作用[17]。周咏梅等研究发现在巨峰夏果幼果膨大期进行喷施Ca(NO3)2，可有效提高可溶性总糖含量等果实品质指标[18]。魏翠果等研究发现盐胁迫下添加适量钙后，亦可提高马铃薯脱毒苗叶片中可溶性总糖含量，表明钙具有提高盐胁迫下马铃薯的渗透调节能力的作用，从而有效缓解盐胁迫对马铃薯的伤害[19]。赵喜亭等研究发现在贮藏30 d之前，CaCl2处理可以明显增加可溶性总糖并抑制30～75 d可溶性总糖的降低，对75 d之后可溶性总糖的降低虽然也起到了一定的抑制作用，但没有前期的作用明显[20]。本实验结果发现在贮藏初期(1月)可溶性总糖含量普遍较高，到后期(4月)逐渐趋于稳定，这与赵喜亭等研究结果一致。这可能因为在储藏初期，马铃薯块茎中酶活性比较强，呼吸作用剧烈，可溶性总糖的消耗比较大。赵敏等[21]就贮藏温度对马铃薯品质的影响研究中发现低温更有利于维持贮藏期马铃薯薯块的品质。随着储藏期的延长以及环境温度较低，植物体内各种生物酶活性降低，可溶性总糖含量最终趋于稳定。

小写字母表示同一列数值在0.05水平上存在显著性差异，n=3图4 不同钙肥处理下马铃薯块茎贮藏期间SOD活性的变化Fig.4 Changes of SOD activity in potato tuber during storage under different calcium fertilizers

脯氨酸通常情况下在植物体内游离并不多，在低温贮藏下，游离脯氨酸含量迅速提高[22]。龚明等研究低温对稻苗叶片生理影响发现抗冷性强的梗稻青林9号和抗冷性弱的釉稻IR24在低温下脯氨酸都大幅度增加。但抗冷性弱的IR24比抗冷性强的青林9号积累脯氨酸明显要多[23]。张秀梅等在钙处理对桃果实生理效应的研究中发现在(2±2) ℃贮藏下桃果实游离脯氨酸含量则明显增加，但在(10±2) ℃贮藏下，桃果实游离脯氨酸含量变化不大。由此可见钙处理下的桃果应在适宜温度下贮藏可有效积累游离脯氨酸。本实验发现马铃薯在Ca(NO3)2处理及4 ℃低温贮藏下游离脯氨酸明显增加(图3)，这与张秀梅等[24]研究结果一致。Ca(NO3)2处理可有效增加蔬果贮藏期间脯氨酸含量，提高植物体抗逆保护作用，增强植物体的休眠机制，延长植物体的贮藏性。

MDA是膜脂过氧化的最终产物之一，可以作为判断植物衰老和膜脂过氧化强弱的重要指标[25]。刘萍等[26]研究指出芍药花瓣内MDA含量在CaCL2+6-BA复合作用下达到有效抑制。洪森荣等[27]，邹亚丽等[28]研究发现植物在整个贮藏过程中，各处理的MDA含量低于对照组。本实验研究发现：不同浓度的Ca(NO3)2处理均可抑制丙二醛含量的积累，这与丁红瑾[7]，李文霞等[29]等研究结果一致。可见，喷施Ca(NO3)2可以有效降低植物体内MDA含量的增加。适当浓度Ca(NO3)2能提高细胞膜的保护性能，维持细胞壁的整体结构，保证细胞膜的活性，减少乙烯生成，提高马铃薯的耐储性能[30]。

3.2 钙肥对马铃薯块茎贮藏期间SOD活性的影响

超氧化物岐化酶是酶促防御系统的重要保护酶，通过清除生物细胞中的超氧自由基，防止O2-的毒害作用，从而保护细胞膜结构和功能的完整性[31]。胡波等[32]研究发现一定浓度的钙处理对采后的鄂北冬枣起到了积极作用，维持了SOD的活性，增强植物细胞清除自由基的能力，减少过多的O2-对生物膜的伤害。SOD活性的提高有助于贮藏期马铃薯自我保护机制，消除各种代谢产生的自由基。孙娅等[31]等研究发现一定浓度的钙处理可以延缓植物体的衰老，延长贮藏期。本文与邹亚丽等[28]研究结果一致。本实验结果表明喷施钙可以显著增强超氧化物岐化酶活性，高浓度的Ca(NO3)2处理[Ca(NO3)2喷施剂量在0.6～0.75 kg/hm2范围]和低浓度的Ca(NO3)2处理(Ca(NO3)2喷施剂量在0.15～0.45 kg/hm2范围]相比，高浓度处理下的马铃薯块茎内SOD的活性更大，从而更利于马铃薯的贮藏。Ca(NO3)2通过提高SOD活性，防止活性氧的积累，进而延缓马铃薯的衰老，提高耐贮藏性。随着贮藏时间的增加，高浓度的Ca(NO3)2处理更适合马铃薯长期贮藏即300 d。刘喜平等[33]研究发现高浓度钙处理下在贮藏后期马铃薯块茎过氧化物酶活性和多酚氧化酶活性都高于低浓度钙处理和对照。与本实验研究结果一致。故此可合理提出若用于长期贮藏时，喷施高浓度的Ca(NO3)2有利于维持马铃薯块茎内SOD活性，提高薯块的耐贮藏性。

4 结 论

本研究结果表明，在现蕾期至盛花期进行叶面喷施Ca(NO3)2，可显著提高储藏期内的马铃薯块茎可溶性糖，脯氨酸等物质的含量、SOD保护酶的活性，以及显著抑制MDA累积含量，增强了细胞渗透调节能力和原生质保护能力，从而延长了马铃薯块茎的贮藏时间。 Ca(NO3)2喷施浓度在0.15 kg/hm2，0.6～0.75 kg/hm2范围内，马铃薯块茎内可溶性总糖含量显著高于其他处理组；喷施浓度在0.6 kg/hm2下的马铃薯块茎内脯氨酸含量相对高于其他处理组；喷施浓度在0.3～0.45、0.75 kg/hm2范围内，马铃薯块茎内丙二醛含量相对低于其他处理组；喷施浓度在0.6～0.75 kg/hm2范围的马铃薯块茎超氧化物岐化酶活性最高。综合4种生理指标研究结果，本实验提出Ca(NO3)2喷施浓度在0.6 kg/hm2下最佳。